[发明专利]MMC子模块电容ESR值在线监测方法及装置

说明书

本发明提供一种MMC子模块电容ESR值在线监测方法及装置，包括：对MMC子模块电容电压和流入MMC子模块的桥臂电流进行采样、调理；对上述采样、调理后的MMC子模块电容电压进行电压跳变检测，包括：正跳变检测和负跳变检测；基于MMC子模块电容电压进行电压跳变检测结果记录以下特征值，通过检测MMC子模块电容电压正负跳变前后采样时刻的电容电压值和对应的桥臂电流值计算出电容ESR值。本发明提供的方法和装置能够的实现MMC子模块电容ESR值的实时在线监测，实施过程操作简单、经济高效。

技术领域

本发明涉及状态监测技术领域，特别是涉及一种模块化多电平变流器(MMC)子模块电容等效串联电阻(ESR)值在线监测方法及装置。

背景技术

电容等效串联电阻(ESR)是表征电容健康状态的重要参数，现有研究表明，电容ESR值增加为初始值的2～3倍即可认定电容失效。通过对电容ESR值进行监测，能够实现对电容健康状态评估和失效判定，为电容的预测性维修提供理论支撑，对提升电容器件的可靠性、系统可靠性具有重要意义。

现有电容ESR值状态监测技术分为离线监测和在线监测。离线监测具有通用性，对于任何电路结构中的电容ESR值均适用，但离线检测要求系统处于停机状态，并且需要将电容从系统中分离开来以避免其他元器件的对测量的干扰；而在线监测结合电路拓扑结构和运行原理提出，在系统正常运行过程中即可以完成电容ESR值的监测，但现有电容ESR值的在线监测技术主要针对DC/DC变换器，如BUCK、BOOST电路，以及针对单相/三相整流、逆变电路中的直流端电容提出，由于电路结构和运行原理的差异，这些技术无法在MMC系统子模块电容的ESR监测中使用；针对MMC子模块电容ESR值监测技术研究较为缺乏。MMC子模块电容ESR值的监测技术包括：1)通过电容的损耗功率和流经电容的电流有效值平方之比得到电容的ESR值，这种方法对于电容损耗功率的计算基于理想情况，忽略了功率半导体的损耗功率，因此会引入较大误差；2)使用高通滤波器提取电容电压和电流中的高频(比如开关频率)成分，计算其有效值之比得到ESR值，其中，电容电流的可以直接利用电流传感器从电容支路中测量得到，但存在电流传感器与电容之间的耦合问题，电容电流也可以通过流入子模块的桥臂电流和子模块的开关状态间接得到，但这会使得电容电流的测量值误差偏大，两种电容电流获取方法均会使得电容ESR值的测量误差增大。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种MMC子模块电容ESR值在线监测方法和装置，能够实现子模块电容ESR值的在线监测。

根据本发明的第一方面，提供一种MMC子模块中电容ESR值在线监测方法，包括：

对MMC子模块电容电压和流入MMC子模块的桥臂电流进行采样、调理；

对上述采样、调理后的MMC子模块电容电压进行电压跳变检测，包括：正跳变检测和负跳变监测；

基于MMC子模块电容电压进行电压跳变检测结果记录以下特征值：

MMC子模块电容电压正跳变前一采样时刻电容电压值u_c1,r；

MMC子模块电容电压正跳变时刻电容电压值u_c2,r；

MMC子模块电容电压正跳变时刻桥臂电流值i_c,r；

MMC子模块电容电压负跳变前一采样时刻电容电压值u_c1,f；

MMC子模块电容电压负跳变时刻电容电压值u_c2,f；

MMC子模块负跳变前一采样时刻桥臂电流值i_c,f；

根据上述特征值，实时计算MMC子模块电容的ESR值，得到ESR值的实时监测结果，ESR值计算公式如下：